1.3. Основные положения теории строения органических соединений a.M. Бутлерова
Под химическим строением (структурой) понимается порядок взаимного расположения в пространстве атомов, составляющих молекулу, и типов химических связей между ними. Создатель теории строения органических соединений A.M. Бутлеров (1828–1886 гг.). Кратко главные положения теории Бутлерова можно сформулировать так:
1) химические свойства органических соединений определяются не столько составом, сколько их структурой;
2) различные атомы и группы атомов в органической молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга;
3) химическая структура молекулы может быть представлена только одной формулой, которая выражает все химические свойства данного вещества.
1.4. Изомеры. Виды изомерии
Изомерия – явление существования нескольких веществ одинакового элементного состава и молекулярной массы.
Изомеры – молекулы одинакового состава, но различной структуры и, соответственно, с различными свойствами.
Пример зависимости свойств веществ от их химического строения приведен в табл. 2.
Т а б л и ц а 2
Зависимость свойств от химического строения
|
Свойства |
Химический состав веществ С2Н6О | |
|
СН3–СН2–ОН (этиловый спирт) |
СН3–O–СН3 (диметиловый эфир) | |
|
Агрегатное состояние Температура кипения Нагрев с H2SО4 концентрированной С металлическим Na Реакция с HI |
Жидкость + 78,3 °С СН3–СН2–ОН СН2= СН2+ Н2O 2C2H5OH + 2Na H2+2C2H5ONa C2H5OH+HI C2H5I+H2O |
Газ – 23,6 °С Не реагирует Не реагирует СН3–О–СН3+НI СН3–ОН+СН3–I |
У этих двух веществ-изомеров также резко различное биологическое действие на организмы.
Понятие «структура» включает три аспекта:
(А) Химическое строение – вид и порядок чередования атомов в молекуле;
(Б) Электронное строение – тип химических связей между атомами (–; =; );
(В) Пространственное строение – характер взаимного расположения атомов друг относительно друга в пространстве.
Соответственно, – три группы источников изомерии.
А) Различие химического строения:
Изомерия С-скелета
(а)
(б)
н-бутан
|
изобутан
цикло–пентан метил-ц-бутан
Различное положение функциональных групп
| |
OH [пропанол-1] OH [пропанол-2]
Различный вид функциональных групп (метамерия)
изомеры
[2-аминопропановая [метиловый эфир [2-нитропропан]
кислота] аминоэтановой кислоты]
См. также пример из табл. 2.
Б) Различие электронного строения:
Различный вид и положение кратных связей
(изомеры
[бутадиен-1,3] [бутин-1] [бутин-2]
Обычные структурные формулы отражают только эти два (А и Б) аспекта структуры молекул.
В) ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗОМЕРИЯ (или стереоизомерия):
Такие изомеры имеют одинаковый порядок связи между атомами, но различаются по пространственному расположению входящих в их состав атомов или групп атомов. Для показа пространственной структуры используют спецприемы.
Сюда относятся:
(5) Цис-транс-Изомерия – различное расположение атомов относительно двойной связи (а) или плоскости цикла (б):
Пример (а) – стереоизомеры бутен-2:
[цис-Бутен-2] [транс-Бутен-2]
Пример (б) – стереоизомеры [1,3-диметилциклобутанов]:
цис-форма транс-форма
(6) Оптическая (зеркальная) изомерия
Это явление обусловлено наличием в молекулах асимметрических атомов углерода; рассматривается в разделах «Оксикислоты» и «Углеводы».
(7) Конформационная изомерия
Понятие о конформациях и этом виде изомерии рассматривается в разделе «Циклоалканы» (см. разд. 2.7.2).